用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析.pdf

6 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年第5 期 d o i 1 0 3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 5 ．0 1 8 用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析 龚惠娟1 ，陈泽智2 ，赵红芬3 ，汪太平s 1 ．南京大学现代分析中心，南京2 1 0 0 9 3 ；2 ．南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室， 南京2 1 0 0 2 3 ；3 ．铜陵有色金属集团控股有限公司，安徽铜陵2 4 4 0 0 0 摘要针对陶瓷过滤机在铜精矿矿浆脱水过程中易发生堵塞的问题，采用多种分析方法对在不同状况下 发生堵塞 和未发生堵塞 铜精矿、滤液、滤板的理化特征进行了测试分析。结果表明，硫单质和硫酸钙附着在陶瓷板微孔中，成为造 成陶瓷板堵塞的主要因素。导致矿浆中硫单质和硫酸钙含量增多的原因，有可能是在球磨和充气浮选过程中的过度氧化造成 的。 关键词陶瓷过滤机；铜精矿；滤板堵塞；脱水 中图分类号T D 4 6 2 ．2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 5 0 0 6 4 一0 4 A n a l y s i so nt l l eF o m a t i o no fB l o c k e d 瑚t r 蚰伽i I IC e 豫I l l i cF n t e rd 耐n gD e w a t e 血go f C o p p e rO 弛S l u r r y G C } ⅣG 丑h 犰吼，1 1 ，c j 卿V 历旆护，Z 丑- A 0 丑b 他咖n 3 ，V 四ⅣG 孔L 咖咖9 r 3 I ．c e ，t t e ro 厂M 甜e mA n 以驴弧，脚叼【厂n { I ，e 倦i 匆，№耐叼规D 0 9 3 ，C m n n ；2I s t n t eK 曲 肋D m ￡o 珂D 厂n 舭z o nc o n t r o Z 肌dR ∞o t l r c eR e 淞e ，舰彬叼U n z I ，e r S 的，Ⅳn 彬叼2 ID D 8 3 ， 既t n n ；＆％叼Z ￡叼Ⅳo 咖册凇胁t 如G m 印阮，三以，％叼“叼A n h M f 嬲D D D ，C h f n 国 A b s t r a c t I no r d e rt o s t u d yt h eb l o c k e df i l t I a t i o np r o b l e mo c c u I _ r e d i nt h ep I D c e s so fd e w a t e r i n go f c o p p e rc o n c e n t r a t es l u n yd i s p o s e db y c e r { 珊i cf i l t e r ，t h e p h y s i c a l a l l dc h e l l l i c a l p r o p e n i e s o f c o p p e r c o n c e n t L a t e ， f i l t r a t ea n d6 l t e rb o a r dw e r et e s t e da n da n a l y z e da 上d i 珏b r e n tc o n d i t i o n s i n c l u d i n gb l o c k i n g h a p p e n i n ga n dn o 珊a l c o n d i t i o nb ym u h i p l ea n a l y s i sm e t h o d s ．T e s tr e s u l t ss h o w e dt } I a tt h ea d s o 叩t i o no f s u l p h u ra n dc a l c i u ms u l f a t eo nm i c m p o r eo f c e r a m i cp l a t et u m e do u tt ob et l l em a i nf a c t o ro fr e s u l t i n gi nt h e b l o c k i n 昏T h e r ew e r em a n ya f 玷c t i n gf a c t o r sl e a d i n gt ot h ei n c r e 鹊eo fs u l p h u ra n dc a l c i u ms u l f a t ec o m e n t ， t h e o v e ro x i d a t i o nh a p p e n e dd u r i n gt h e 猡r i n d i n gs t a g ea n dn o t a t i o na e r a t i o np r o c e s sm a y b ec a u s et h eg e n e m t i o no f t h et w om a t e r i a l s ． K e yw O r d - s c e r a m i cf i l t e r ；c o p p e rc o n c e n t r a t e ；b l o c k e df i l t e rp l a t e ；d e w a t e r i n g 陶瓷过滤机是一种高效节能的过滤设备，利用 陶瓷板中细微孔道的毛细作用实现低能耗的固液分 离过程，近年来在有色冶金中的应用逐渐增多[ 1 引。 安徽某铜矿在选矿生产中也采用了陶瓷过滤机对铜 精矿矿浆进行脱水，然而在实际使用中发现陶瓷滤 板会出现阶段性的严重堵塞情况，过滤后铜精矿的 水分含量高达2 5 ％，几乎每天要换一次陶瓷板，严 重影响了选矿生产。鉴于目前国内对铜精矿矿浆堵 塞陶瓷板问题的研究还不多，为了查明其形成原 因，对发生堵塞与不堵塞时的铜精矿、滤液以及过 滤板进行了多项理化测试，分析了产生堵塞的主要 原因，旨在为解决实际问题提供参考。 收稿日期2 0 1 2 1 2 2 5修回日期2 0 1 3 一0 7 2 9 作者简介龚惠娟 1 9 7 2 一 ，女，湖南长沙人，博士，副研究员。 1测试内容 测试对象为铜精矿样品 在过滤机堵塞时和正 常工作时分别取样 、陶瓷板滤液水样 同上 、陶 瓷滤板切样 堵塞时的滤板和新滤板 。 测试内容和测试方法水样中微量元素与有机 物分析 电感耦合等离子光谱、化学需氧量、总离 子流色谱、电子轰击质谱 ，铜精矿组成与晶相分 析 元素分析、x 射线荧光光谱、粉末x 射线衍 射 ，陶瓷滤板表面分析 扫描电镜、x 射线光电 子能谱 。 万方数据 2 0 1 3 年第5 期龚惠娟等用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析 6 5 2 测试结果 2 ．1 滤液水样分析 分别对发生堵塞时过滤水样及未堵塞时过滤水 样进行了测试分析。 表1 T a b l e1 首先对水样中的微量元素和有机物含量进行了 测定，结果见表1 ，其中水样中微量元素含量采用 水样消解后用电感耦合等离子光谱测定，水样中有 机物含量采用测定其化学需氧量的方法确定。 从表1 中可看出堵板滤液中微量元素含量及 C O D 。均比正常滤液的高，说明矿浆中金属离子和 水样微量元素及化学需氧量 C O 跣 测试结果 7 r e s t i n gr e s u l t so fe l e m e n t s c o n c e n t r a t i o na n dC O D Qi nt h el e a c h a t e ， m g ‘L _ 1 翌竺皇皇竺塑型生些里竺兰竺竺 垫 竺竺坠 1 0 6 ．12 6 ．13 ．6O ．9 7O ．6 5O ．8 40 ．4 0O ．2 00 ．1 80 ．0 9O ．0 1O ．0 0 5O ．0 20 ．0 70 ．1 2O ．1 38 1 2 1 7 6 ．85 0 ．45 ．2O ．8 31 ．0O ．9 5O ．4 9O ．3 00 ．3 4O ．2 00 ．0 1O ．0 1O ．0 30 ．0 80 ．2 1O ．1 31 6 7 2 有机物含量相对偏多。 水样加硝酸消解后，均出现白色的固体沉淀 物，将沉淀物过滤、干燥后进行红外光谱测定，由 红外光谱图对照谱库，确定白色沉淀物为C a s O 。 H O 。根据这个测试结果，初步判断铜精矿滤液中 均含有较多的可溶性硫化物亚硫酸盐和硫酸盐。 还对水中有机物组分进行了对比分析，水样经 C H 2 C l 萃取并浓缩，然后采用G C ／M S 测定，图1 为两个滤液水样的总离子流色谱图。 对比分析图1 可见，两种水样中各组分的出峰 时间基本一致，在此基础上对各出峰组分进行了质 谱分析，进一步证实了相同出峰时问的组分是一致 的，图2 显示了色谱柱中保留时间为8 ．9m i n 的组 分的电子轰击质谱图。 由色谱图和质谱图可看出，堵板滤液和正常滤 液中有机组分几乎完全一致，且含量很低。滤液中 的有机物组分主要来源于浮选药剂，从组分的一致 性结论看也证明了这个观点。 2 ．2 铜精矿分析 采用元素分析仪 E A 和x 射线荧光光谱仪 x R F 对堵板时及不堵板时铜精矿样品进行了组 分分析，同时还对尾矿样品进行了分析，测试结果 见表2 、表3 。 从x R F 和E A 的测试结果看出，堵板时铜精 矿样品中铜、铁、硫的含量低于不堵板时的铜精矿 样品，而硅、镁等其它元素的含量却较后者高。尾 矿中铜、铁、硫含量显著降低，主要含有的是S i O 表3 T a b l e3 7 0 D O o o 6 0 D 0 0 0 5 0 D 0 0 0 魁4 0 0 0 0 0 卅3 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 k 也}虬 I 、’、小、L ．J p 、▲J 3 ．0 4 ．05 ．O 6 ．07 ．08 ．0 9 ．01 0 ．01 1 ．o1 2 ．0 1 3 ．0 1 4 ．0 1 5 ．0l6 ．0 时间，m i n a 不堵板时 3 ．04 ．05 ．06 ．07 ．08 ．09 ．010 ．01 1 ．0 1 2 ．01 3 _ 01 4 ．0 1 5 ．0 时间／m i n b 堵板时 图1滤液水样总离子流色谱图 F i g ．1 T o t a li o nc h r o m a t o g r a m so ft h el e a c h a t e 表2铜精矿元素分析结果 ’r a b l e2E l e m e n ta n a l y s i sr e s I l l t so fc o p p e rc o n c e n m l t e ／％ 样品CHNS 堵板铜精矿样品未检出未检出未检出1 9 ．5 0 不堵板铜精矿样品O ．8 7O ．1 7 未检出 2 2 ．7 6 尾矿样品O ．7 5O ．2 1 未检出 3 ．7 2 X R F 分析结果 X R Fa n a l y s i sr e s u l t s l ％ F e 堵板铜精矿样品 1 6 ．8 7 不堵板铜精矿样品 2 0 ．4 0 尾矿样品4 ．2 6 S i 0 2 3 0 ．5 9 2 5 ．2 4 5 7 ．3 7 C u M g OC a OA 1 2 0 3 1 2 ．0 11 6 ．1 7 3 ．0 81 ．0 1 1 3 ．4 21 3 ．8 2 2 ．9 0O ．8 6 1 ．6 43 0 ．4 41 ．8 60 ．5 l Z n OK 2 0M n O O ．4 5O ．1 6O ．0 5 0 _ 3 2O ．1 20 ．0 5 O ．0 70 ．0 6O ．0 4 P b T i 0 2 B i M 0 0 3s e 0 2 C lS m 0 ．0 30 ．0 2O ．0 10 ．0 1 O ．0 1O ．0 0 6O ．0 0 6 O ．0 2O ．0 3O ．0 10 ．0 20 ．0 1 O ．0 2O ．0 0 3 O ．0 0 1O ．0 0 2O ．0 0 1O ．0 0 40 ．0 0 1 O ．0 0 60 ．0 0 4 8 5眈一虬弧 一3 4 一液液一滤滤一常板一正堵 一一一一一一一一一一 ，‘；l l 世针 万方数据 ．．。“。 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年第5 期 一 ． 瑙 * { 醚 * 2 0 3 04 05 06 07 0 舳9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 加1 5 0 1 6 0 1 7 0 l 舯1 如2 ∞ 质荷比 a 不堵板时 1 4 7 4 2 ’2 9 6 0 1 0 5 ．圳。J 一．8 f ．』⋯ ▲I 2 0 3 0 4 0 5 06 07 0 踟9 0 l ∞l l O l ∞1 3 0 1 4 0 1 5 D l 胡1 7 0 l 舯l 如瑚2 m 质荷比 b 堵板时 图2 滤液水样电子轰击质谱图 色谱柱中保留时 间为8 ．9I I l i n 的组分 F i g ．2 E Im a s s s p e c t m mo f6 l t r a L t e r e m a i n i n g i n t h ec h r o m a t o g r a p h i cc o l u m nf o r8 ．9m i n 和M g O 。 采用粉末x 射线衍射 X R D 对堵板时和不 堵板时的铜精矿样品进行物相分析，结果表明两者 物相无明显差别，这说明造成堵板的原因不是由新 的物相组分引起。 2 ．3 陶瓷板表面分析 对于堵塞时的滤板和新滤板进行扫描电镜分 析，观察其表面的形貌及元素的组成成分。其结果 见图3 。 从扫描电镜形貌分析可看出，用于过滤的陶瓷 板孔径在1 0 ～1 5 0 斗m ，孔径大小不规则，而堵塞物 成团簇状，粒径细小 1 斗m ，易钻人陶瓷板孔 道内而将孔堵塞。通过对堵塞物能谱的半定量分 析，堵塞时陶瓷板表面元素含量分别为灿 1 4 ．2 9 ％，S i1 2 ．9 8 ％，S3 5 ．3 2 ％，C a2 8 ．9 4 ％，K 0 ．7 7 ％，F e1 ．4 8 ％，C u0 ．1 2 ％，由于陶瓷板本身表 面含有较多的铝和硅元素，因此判断陶瓷板中堵塞 主要是由其中含量最高的硫和钙元素引起。 采用x 射线光电子能谱 x P s 进一步研究堵 塞陶瓷板表面硫的化合价，结果见图4 。从x P s 谱 a 新滤板 } ， 堵塞的滤板 图3 过滤板扫描电镜图 F i g ．3 S E Mo ft h ep l a t f 0 瑚c e I a m i cf i l t e r s 图中观察到三种电子结合能的硫，它们分别是 1 6 8 ．9e V ，1 6 3 ．9e V ，1 6 1 ．3e V ，对应于不同价态的 硫的形态，即S 0 4 2 一，S o 和S 2 。，三种价态的硫的含 量比例为5 1 4 0 9 。 T { 越 骥 1 7 2 1 7 0 1 6 8 1 6 61 6 41 6 21 6 01 5 81 5 6 结合能／e v 图4 堵塞的滤板表面硫元素的电子结合能谱图 F i g ．4 X P ss p e c t m mo ft h es u h ro nt h es u r f 如e o “h eb l o c k e dp l a 怕册 3 测试结果分析 直观上分析，矿浆中的黄铜矿和黄铁矿微粒是 有可能使陶瓷滤板堵塞的，但从测试结果看，在滤 板上的附着量不高，显著低于硫单质和硫酸钙，加 之堵塞滤板和不堵塞滤板上的矿物晶型一致，可以 一一一一一一一一 一一一一一一一一一一 5 4 4 3 3 2 2 l l 万方数据 2 0 1 3 年第5 期龚惠娟等用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析 6 7 认为矿浆中的黄铜矿和黄铁矿微粒不是堵塞陶瓷板 的主要因素。 另外，对于矿浆中的有机物，由于其含量很 低，堵板和不堵板时无明显的组分差异，而且在滤 板表面上的碳元素附着量很少，因此，尽管堵板时 滤液中有机物含量高出一倍，可以认为矿浆中的有 机物组分不是堵塞滤板的主要因素。 综合测试结果，我们认为造成陶瓷板堵塞的主 要因素是硫单质和硫酸钙，依据是硫单质、硫酸根 和钙离子含量最高，其中硫单质直接以细微颗粒堵 塞滤板孔道，硫酸根和钙离子在毛细孔道的抽滤过 程中随着水分含量逐渐降低形成结晶析出导致堵孔。 我们分析造成硫单质和硫酸钙堵塞陶瓷板的原 因有可能是矿石在球磨过程中受到剧烈的机械冲 击[ “ ] ，硫元素被剥离出矿物晶体并受到氧化作用， 形成s 2 。、S 0 、S O ，卜、S 0 4 2 - } 昆合体系，s 2 一在后续的充 气浮选过程中被进一步氧化成s o 、S 0 3 2 _ 、S 0 4 2 一。进 一步测定的堵板滤液中硫元素的形态，结果为S 2 一 含量为8 5 ．3 8 哗几，S 0 3 2 一含量为O ．1 6 ％ 16 3 5 ．2 m ∥L ，S 0 4 2 一含量为7 4 5m g ，L ，也证明硫元素的大 量析出及被氧化。从堵板时滤液中金属元素和有机 物含量增高结果，也间接说明了矿石原料在选矿过 程中受到较强的元素剥离与氧化作用。 从生产工艺上分析，导致这一现象的原因应该 是球磨过度以及充气浮选中氧化过度所致。即在球 磨过程中，S 2 一首先析出，然后部分S 2 ．被氧化成S o 、 S 0 3 2 一、S 0 4 2 一；在充气浮选过程中，部分S 2 ‘被氧化成 S 0 、S 0 3 2 _ 、S O 产；经过浮选后的矿浆中S 2 一含量处于 较低水平，硫单质和S 0 3 2 - 、S 0 4 2 一含量增多，硫单质 直接附着在陶瓷板孔道内，S 0 3 2 _ 、S O 。2 。与C a 2 被吸 附在微孔中并随着毛细作用在抽滤过程中水分逐渐 下降而结晶析出，与此同时S 0 3 2 一不稳定被进一步 氧化成S O 。2 _ 从而形成C a S O 。堵塞。 4 结论 1 陶瓷板孔道内附着的硫单质和硫酸钙，是 造成陶瓷板过滤机过滤铜精矿浆发生堵塞的主要原因。 2 造成陶瓷板堵塞的硫单质和硫酸钙，其来 源可能是来自于矿石在球磨与充气浮选过程中所受 到的元素剥离与氧化作用。 参考文献 [ 1 ] 周竹发，钦征骑，易佑宁．固液分离用微孔陶瓷过滤板的 性能设计及制备[ J ] ．江苏陶瓷，2 0 0 0 ，8 1 1 2 1 3 ． [ 2 ] 钱均新，韩方建．陶瓷过滤机在矾矿脱水实践中存在的 问题及改进措施[ J ] ．现代矿业，2 0 1 0 ，8 8 1 2 0 1 2 1 ． [ 3 ] 刘书杰，何发钰，宋磊．磨矿方式对黄铜矿表面性质及 浮选行为的影响[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 0 6 3 5 4 0 ． [ 4 ] 冯其明，卢毅屏，蒋小辉，等．常温酸性条件下黄铜矿 氧化分解机理[ J ] ．有色金属，2 0 0 8 ，6 0 1 5 7 6 1 ，6 6 ． [ 5 ] 李琳，刘炯天，由晓芳．浮选柱从铜浸渣中回收单质 硫的试验研究[ J ] ．中国矿业，2 0 0 9 ，1 8 1 0 7 7 7 9 ，9 6 ． 、 ／孔 ／乱 ／乱 ／；＼ ／乱 八 ／乱 ／乱 ／乱 ／八 ／；、 ／乱 ／；、 ／孙 ／仝 ‘卜 ／佘 ／i 、 ／仝 ／佘 ／夺 ／佘 ／仝 ／仝 ／仝 ／仝 ／佘 ／仝 ／} ／仝 ／≯ ／仝 ／≯ ／≯ 上接第5 7 页 机叶轮动力学研究[ J ] 4 4 7 5 0 ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 l[ 5 ] V a nD e v e n t e rJSJ ，V a nD y kwA ，L D r e n z e nL ， 1 3 jV a I lD e v e n t e rJSJ ，V a nD y kWA ，I J 0 r e n z e nL ， e ta 1 ．T h ed y n 砌i cb e h a v i o u ro fc o a r s eD a n i c l e si n n o t a t i o nf m t } I s P a r tI M o d e l [ J ] ．M i n e r a l sE n 舀n e e r i n g ， 2 0 0 2 1 5 6 3 5 6 4 5 ． 1 4JV a nD e v e n t e rJSJ ， V a nD y kWA ，L D r e n z e nL ， e ta l 。T h ed y n 枷i cb e h a v i o u ro fc o a r s e p a r t i c k si n Ⅱo t a t i o nf m t l l s P a r t Ⅱ D e n s i f yt r a c e r f e s t s [ J ] ．M i n e r a l s E n 舀n e 商n g ，2 0 0 2 1 5 6 4 7 6 5 7 ． e ta l ，’I h e d y n a m i cb e h a V i o u ro f c o a r s e p a r t i c l e s i n n o t a t i o nf b t l l s P a r 【 Ⅲ 0 r ep a r t i c l e s [ J ] ． M i n e r a l s E n 百n e e r i n g ，2 0 0 2 1 5 6 5 9 6 6 5 ． 1 6 jS h a h b a z iB ，R e z a iB ，J a w a dK o l e i n iSM ．7 1 1 1 ee 自f e c to f h y d r o d y n 啪i cp 籼e t e r so np r o b a b i l i t yo fp m b a b i l 时0 f b u b b l e p a r t i c l e c o u s i o na n d a t t a c h m e n t [ J ] ． M i n e r a l s E n 舀n e e 咖g ，2 0 0 9 1 2 5 7 6 3 ． [ 7 ] 胡为柏．浮选[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 9 ． 万方数据